METROLOGÍA
CAPÍTULO 1
GENERALIDADES DE LA METROLOGÍA
1. CONCEPTUALIZACIÓN
Desde los orígenes del mundo se han experimentado diversos tipos de sensaciones y sobre ellas se han diseñado formas de describirlas. Todas estas formas hechas de una manera ordenada constituyen lo que es el trabajo de la metrología que se ha desarrollado a través del tiempo.
Metrología viene de Metrón que significa medida y logos que significa tratado. Es la ciencia que trata de las medidas, de los sistemas de unidades y los instrumentos para efectuar las mediciones e interpretarlas.
La importancia de la metrología en el contexto mundial radica en que es el soporte fundamental del desarrollo tecnológico y científico, es decir, la metrología apoya el progreso de la ciencia a través de las medidas.
Normalización
Para facilitar la convivencia de las sociedades es necesario establecer normas que permitan reconocer el comportamiento que deben tener los integrantes de éstas, algunos ejemplos claros de establecimientos de normas son: la hora de un país, la circulación de los carros por su lado derecho, las diferentes monedas de cada país, entre otras.
Actualmente con la aparición de la globalización en las economías mundiales se hace particularmente necesario el establecimiento de normas a nivel industrial, las cuales permiten el ingreso de diversas empresas al mercado internacional contribuyendo con el desarrollo social, económico y tecnológico del país.
El establecimiento de normas se hace a través de las mediciones.
La normalización se define entonces como el proceso de elaboración y aplicación de normas como herramientas de organización y dirección.
En este contexto, se procede entonces a definir una serie de elementos que hacen parte de la normalización:
- Norma: es un documento resultado del trabajo multidisciplinario en el que se plasma una solución a un problema y es la referencia sobre la cual se juzgará un producto o servicio o una función determinada.
- Especificación: es una exigencia o requisito que debe cumplir un producto, servicio o proceso, y generalmente hace parte de una norma.
- Todo aquello que pueda normalizarse se denomina objeto de normalización.
1.1.1 Principios de la normalización
Los principios básicos de la normalización son establecidos por la STACO, que es el Comité Permanente para el Estudio de los Principios de la Normalización, creado por la ISO Organización Internacional de Normalización, el cual: elabora e informa sobre los métodos para la identificación de necesidades de normalización y para la selección de prioridades, incluyendo métodos para medir los efectos de la normalización; realiza la clasificación de los diferentes tipos de normas, las definiciones básicas para la normalización y los principios para la preparación de las normas, así como los métodos de adiestramiento en el campo de la normalización.
Al identificar el objeto de normalización se debe ubicar en un contexto general, de aquí se deriva el concepto de espacio de Normalización.
El espacio de normalización es un concepto que permite identificar y después definir una norma por medio de su calidad funcional, fundamentada en tres ejes: aspectos, niveles y dominios.
- El dominio de la normalización se encuentra en todas aquellas actividades de un grupo de países, un país o una región. Por ejemplo: la educación, la medicina, la industria alimentaria, entre otras. Un objeto de normalización puede pertenecer a varios dominios.
- Los aspectos de la normalización, son las exigencias que debe tener el objeto de normalización. Se deben identificar sus fines, no con gran exactitud porque la norma es para uso común de objetos de normalización similares.
- Los niveles de normalización están definidos por el grupo de personas que utilizarán la norma. (Ver Figura siguiente)
-
Cuando se adquiere una certificación de calidad ISO se asegura que no sólo es el producto el que cumple con especificaciones estándares de calidad, sino que todo su sistema está diseñado para ofrecer lo mejor a sus clientes.Cuando se va a normalizar algo se deben tener en cuenta tres aspectos fundamentales que deben cumplirse.
- La simplificación: es la reducción de las actividades y recursos no necesarios para la elaboración de un producto, lo que repercute en significativos ahorros de tiempo y dinero.
- La Unificación: es la definición de las características de los productos, servicios y procesos que garanticen la calidad de los mismos.
- La especificación: es la definición de la calidad del producto, estableciendo exigencias significativas para la obtención de productos de verdadera calidad.
1.1.2 Objetos de la normalización
Son objeto de normalización:
Las cantidades, unidades y factores de conversión. Eléctricas, mecánicas, magnéticas, acústicas, caloríficas, luminosas, parámetros dimensionales, números preferentes. A estos se les expiden normas básicas.
Los símbolos. Símbolos gráficos sobre: orientación, seguridad, productos, materiales, equipos, herramientas; a éstos se les diseñan normas de símbolos.
Los nombres. Términos usados en la fabricación, instalación, utilización, diseño, funcionamiento, servicio, profesión. Se les elaboran normas de nomenclatura o glosario
Los productos. Materias primas, subproductos, productos terminados. Se les diseñan normas de calidad.
Los métodos. De prueba, instalación, funcionamiento, muestreo, transporte, manejo, selección, almacenaje, diseño, seguridad. Se expiden normas de métodos o manuales.
Las funciones. De personas, sistemas, herramientas, máquinas, equipos. Su normalización se registra en manuales.
TIPOS DE METROLOGÍA
Metrología científica: es la encargada de la materialización física de los conceptos fundamentales de las magnitudes, nombre que se da a las unidades de medición, le corresponde también determinar el valor verdadero de las mediciones, realizar desarrollo e investigación.
Metrología legal: se ocupa de la protección del consumidor, velando por la transparencia en las transacciones comerciales al entregar un lenguaje técnico y un referente común.
Metrología industrial: es la aplicación de la ciencia y la tecnología metrológica a la producción a fin de asegurar la optimización de los procesos.
SISTEMAS DE MEDIDAS
Un sistema de medidas es un conjunto de unidades confiables, uniformes y adecuadamente definidas que sirven para satisfacer las necesidades de medición.
En Francia, a fines del siglo XVIII el Comité Consultivo de Unidades, integrado por el Comité Internacional de la Conferencia General de Pesas y Medidas se dedicó a crear un sistema único de medidas internacional. Para ello, adoptó unas unidades fundamentales que son el metro, el kilogramo y el segundo. Este sistema se conoce hoy como MKS.
Otro Sistema Internacional de medidas es el sistema cegesimal ó CGS cuyas unidades básicas de medición son el centímetro, el gramo y el segundo. Este sistema ha sido casi totalmente sustituido por el sistema MKS, sin embargo todavía se utiliza, especialmente para mediciones en el campo de la astronomía.
CAPITULO 2
UNIDADES, MAGNITUDES Y ERROR
1. CONCEPTOS BÁSICOS
Unidad: Cantidad que se toma como medida común de todas las demás de igual clase.
Magnitud: Tamaño de un cuerpo.
Medida: Estimación comparativa de una cantidad.
Medir: Determinar una cantidad comparándola con la unidad.
2. ERROR EN LA MEDICIÓN
En el proceso de medición es imposible tener un dato exacto de lo que se quiere medir, lo que significa entonces que en los procesos de medición siempre van a existir errores por diferentes causas. Sin embargo, dentro de toda la ciencia de las medidas existen formas de evaluar el error:
Incertidumbre: cuando se mide varias veces el mismo objeto existe la inexactitud o incertidumbre.
Incertidumbre = Valor máximo hecho en la medición – Valor mínimo hecho en la medición.
Error Absoluto: es la diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero.
Error Absoluto = Valor Leído – Valor Convencionalmente Verdadero
Error Relativo: es el error absoluto entre el valor convencionalmente verdadero.
Error Relativo = Error Absoluto / Valor Convencionalmente Verdadero
Los errores pueden clasificarse en cuanto a origen:
ERRORES POR EL INSTRUMENTO O EQUIPO DE MEDICIÓN
Los instrumentos de medición pueden traer implícitos algunos defectos de fabricación que puedan contribuir con el crecimiento del error, sin embargo, las fábricas de este tipo de elementos contiene unos valores permisibles dentro de los cuales se acepta cualquier medición que sea hecha con ese determinado instrumento.
Para controlar este tipo de errores se debe establecer un programa de control de instrumentos que permita identificar las posibles fallas de alguna herramienta con equipos calibradores y criterios de aceptación de la medida calibrada.
2.2. ERRORES DEL OPERADOR O POR EL MÉTODO DE MEDICIÓN
Cuando el operador lleva mucho tiempo en su turno de trabajo disminuye su rendimiento por el cansancio u otros factores que pueden producir errores de medición.
Otro de los factores que pueden influir en este tipo de errores es la no normalización de los procedimientos con un documento escrito.
Los errores de este tipo que se producen con más frecuencia se enumeran a continuación.
- Errores por el uso de instrumentos no calibrados1. Si existe sospecha de que los instrumentos de medición no están adaptados para la realización de la misma ésta no debe hacerse para evitar la mala elaboración de procedimientos.
- Error por la fuerza ejercida al efectuar mediciones. Si se hace mucha fuerza en el instrumento de medición o en el objeto a medir se puede producir alguna deformación que lleva a una mala medición. Para ello se puede contar con la ayuda de otras herramientas que soporten los objetos involucrados en la medición.
- Errores por instrumento inadecuado. Antes de realizar cualquier medición es necesario identificar qué es lo que se va a medir y en qué cantidades para seleccionar el instrumento que mejor adapte a tales necesidades. Es posible que si hay una gran cantidad de piezas por medir el instrumento se descalibre sin haber terminado de hacer la medición por ello se debe controlar dicho instrumento durante todo el proceso.
- Errores por punto de apoyo. Es necesario identificar el punto en el cual se va a colocar el instrumento de medición para evitar errores en la lectura. Los puntos de apoyo deben permitir que los extremos de apoyo del instrumento queden paralelos.
- Error de posición. La mala posición del instrumento afecta el error en la lectura de datos.
- Error por desgaste. El mal uso de los instrumentos acelera su desgaste natural de uso lo que incrementa el error de medición.
2.3. ERRORES POR CONDICIONES AMBIENTALES
Las condiciones ambientales sobre las cuales se realiza la medición son una de las causas de error más importantes. Entre las que se destacan están:
- Humedad. Por los óxidos que le puede causar a los instrumentos u objetos de medida.
- Polvo. Son muy frecuentes, especialmente cuando las unidades de medida son muy pequeñas (por ejemplo: micrómetros.). Se debería tener un filtro de aire para los espacios en los cuales se van a desarrollar los experimentos de medición.
- Temperatura. Todos los objetos perciben cambios de longitud al estar expuestos a diferentes temperaturas, lo que puede producir errores significativos en las mediciones.
CAPIÍTULO 3
UNIDADES E INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
En este capítulo se quiere mostrar las diferentes unidades de medición básicas y los instrumentos requeridos para ello, se comienza el capitulo con las unidades de medición, las más importantes son:
1. DE LONGITUD.
La longitud es quizá la magnitud que más se necesita medir, comparar y calcular en la vida cotidiana. En un principio, las unidades de medida que se utilizaban para medir longitudes se tomaban del cuerpo humano: las manos, los pies, entre otras, que aún son utilizadas en algunos juegos como las canicas en el que se usan los pasos para medir las longitudes entre ellas.
Debido a las variaciones que se presentaban de un lugar a otro, a finales del siglo XVIII los científicos franceses se pusieron de acuerdo y fijaron una unidad de medida: el Metro, que se ha convertido en la medida internacional.
Las unidades básicas de longitud o distancia son:
- El Metro (m.)
- El Pie (ft.)
- El Centímetro (cm.)
- El Kilómetro (Km.)
- La milla (milla.)
Y todos los múltiplos y submúltiplos de las unidades básicas de longitud.
2. DE SUPERFICIE.
Las unidades básicas son:
- El Metro (m2.)
- El Centímetro (cm2.)
- El Kilómetro (Km2.)
Con sus respectivos derivados
3. DE CAPACIDAD.
Las unidades básicas de este tipo de medida son:
- El Litro (lt.)
- El centímetro cúbico (cm3.)
Y todos sus múltiplos y submúltiplos.
4. DE MASA.
La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo.
Las unidades de masa son:
- El Kilogramo (Kg.)
- El gramo (gr.)
- La libra (lb.)
Además, están:
- La onza (onz.)
- La arroba (@)
5. DE TEMPERATURA
El calor es un tipo de energía que poseen los objetos, la cual es percibida por las sensaciones que produce en nuestro cuerpo, concretamente en la piel.
La temperatura es el grado de calor en un cuerpo, las unidades de medida correspondientes son:
- El Grado Centígrado (°C.)
- El Grado Fahrenheit. (°F.)
- El Grado Kevin (K.)
6. DE TIEMPO.
Dada la importancia del tiempo en la vida del hombre, éste siempre se ha preocupado por su medida.
Las unidades de medida del tiempo deben poseer una característica: que siempre duren lo mismo.
Las unidades de tiempo utilizadas con mayor frecuencia en las mediciones son:
- El Segundo (sg.)
- El Minuto (min.)
- La Hora (Hr.)
7. DE ELECTRICIDAD.
En la actualidad la electricidad está presente en todos los momentos de la vida cotidiana y en algunos fenómenos naturales, es por eso que el hombre se ha preocupado por su medida y ha desarrollado formas para hacerlo.
Algunas de las unidades de medida de la electricidad son:
- El Amperio (A)
- El Culombio (Q)
- El Ohmio (Ώ
8. DE FUERZA.
Las fuerzas son las causas que pueden producir movimientos o cambiar la forma de los cuerpos.
Las fuerzas poseen cuatro elementos:
- El punto de aplicación
- La dirección
- El sentido
- La intensidad
Las fuerzas pueden ser:
- De contacto: cuando dos superficies están en contacto se producen fuerzas. Por ejemplo: Tirar una pelota para que cambie de dirección al chocar contra un poste.
- A distancia: por ejemplo, la atracción de un imán con un hierro. La fuerza con la que la tierra atrae los cuerpos es el peso. Por tanto, el peso es una fuerza.
Las unidades de medida de la fuerza son:
- El Newton que es igual a la fuerza que aplicada sobre un cuerpo de un Kg. de masa produce una aceleración de 1m / sg.2
- La Dina = 1 g *(1 cm./ sg.2.)
9. DE PRESIÓN.
La presión es la relación que hay entre una fuerza y una superficie sobre la cual se realiza dicha fuerza.
Las unidades de medida de la presión dependerán de las unidades de fuerza y las unidades de superficie que se utilicen.
- El bar. (bar.)
- El Pascal (Pa.) = 1 Newton / 1 m2.
- El Kilopascal (Kp) = 1 Kilogramo / 1 cm2.
- La atmósfera. Se utiliza para medir la presión del aire. Equivale a
1.033 Kg. / 1 cm2.
Estas son las mediciones más comunes que se realizan en las investigaciones científicas.
10. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN.
Para realizar mediciones es necesario apoyarse en instrumentos que faciliten este proceso y disminuir las causas de error.
Los instrumentos de medida son necesarios porque:
- Los sentidos pueden engañar.
- Hay magnitudes que no son perceptibles por los sentidos.
- Aunque se puedan percibir, a veces, los valores muy altos o muy bajos son indetectables.
- Con ellos es posible obtener un número que represente la cantidad de esa magnitud en un objeto determinado.
Las características más importantes que poseen los instrumentos de medición son:
1. Cota máxima: es el mayor valor que puede medir el instrumento.
2. Cota mínima: es el mínimo valor que puede medir el instrumento.
3. Rapidez: se dice que un instrumento es rápido cuando el tiempo que necesita para indicar el valor de una magnitud es corto.
4. Sensibilidad: es el valor de la variación más pequeña de la magnitud que puede ser apreciado. Por ejemplo: en termómetro de ambiente la sensibilidad es de 1°C.
5. Precisión: un instrumento será preciso si los errores absolutos que se producen al utilizarlo son mínimos.
Para elaborar un proceso de medición existen instrumentos por cada una de las diferentes unidades de medida.
10.1. DE LONGITUD.
Los instrumentos más utilizados para hacer mediciones de longitud son:
√ La regla graduada: es el instrumento más utilizado para medir longitudes. Su precisión puede es de 1mm. y su cota máxima puede ir desde los 10cm. hasta los 100 cm.
√ El metro de carpintero: es similar a la regla graduada pero con la particularidad de que puede plegarse. Su cota máxima está entre uno y dos metros y su precisión es de 1mm.
√ La cinta de costurera: consiste en una cinta rígida de hule. Su cota máxima está entre uno y dos metros y su precisión es de 1cm. No es muy fiable porque tiende a deformarse con el tiempo.
√ El metro arrollable: es una cinta de metal flexible que se enrolla en el interior de una cajita. Posee una longitud de uno a dos metros y su precisión es de 1mm. Sus características le hacen muy cómodo para hacer diferentes tipos de mediciones.
√ La cinta métrica: está formada por una cinta de tela o hule reforzada con hilos metálicos. Su cota máxima está entre los 20 y los 50 metros y se emplea para medir distancias grandes. Su precisión suele ser de 1 cm. Igual que con la cinta costurera, hay que asegurarse de estirarla bien al hacer la medición.
Su precisión depende de la graduación del nonio:
10 divisiones ____ 1/10 mm.
20 divisiones ____ 1/20 mm.
50 divisiones ____ 1/50 mm.
De esta manera se pueden tomar con mucha precisión medidas exteriores, interiores o profundidades.
√ El Micrómetro o Palmer: es un instrumento con una precisión de centésimas de mm. Se basa en el principio del tornillo – tuerca: si en una tuerca fija se hace girar un tornillo una vuelta completa, a lo largo del eje avanzará un paso.
√ La sombra: la medición de la altura de edificios, árboles, postes, se puede hacer por medio de la sombra que proyectan, de forma indirecta. Para ello se toma una estaca y se coloca verticalmente. Se mide la longitud de la sombra que proyecta y se averigua la relación entre ambas longitudes.
√ Después se mide la longitud de la sombra del poste. Como la relación de ésta con el poste será la misma que la de la estaca con su sombra, puede averiguarse fácilmente la longitud de aquel.
√ El Cordel: en ocasiones se hace necesario medir objetos o contornos ondulados, para ello se puede ayudar con un cordel o hilo ajustado a la forma del objeto a medir, después se estira y se mide la longitud.
Este método también sirve para medir circunferencias y áreas, y es muy útil para saber la longitud de carreteras, ríos, costas, ayudándose de las escalas y los mapas.
10. 2. DE SUPERFICIE
Para las medidas de superficies se utilizan los mismos instrumentos que para las medidas de capacidad y dependiendo de las figuras a través de operaciones matemáticas se encuentran las medidas de superficie.
Por ejemplo: se requiere hallar la medida de la superficie de un cuadrado con lados de un metro de longitud.
1 m
Con el metro se mide cada uno de los lados y luego con la conocida formula matemática del área del cuadrado se encuentra el valor de la superficie.
10.3. DE MASA.
La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo.
Las unidades de masa son:
- El Kilogramo (Kg.)
- El gramo (gr.)
- La libra (lb.)
Además, están:
- La onza (onz.)
- La arroba (@)
Los instrumentos más usuales son:
La Balanza de platillos: es una palanca de brazos iguales que se apoya en su punto medio en una cuchilla triangular alrededor de la cual oscila. En sus extremos cuelgan dos platillos en los que se coloca el cuerpo a medir y unas pesas cuya masa o peso ya son sabidos.
La medición consiste en comparar la masa o peso del objeto con la de las pesas, y se logra cuando en la escala se logra el equilibrio.
Además de efectuar el proceso de pesado, es importante asegurarse de que esté en equilibrio.
La balanza de precisión: similar a la anterior, está colocada dentro de una urna con el fin de no alterar las pesadas con las condiciones ambientales (polvo, corrientes de aire ). Las pesadas suelen ser de gramos y sus divisiones. Se usan en laboratorios y otros lugares en los que se pesan pequeñas cantidades o se necesite mucha precisión.
La balanza Roberval: consiste en un paralelogramo (rectángulo articulado con los platillos libres en la parte superior). Ha sido muy utilizada por los comerciantes.
Los juegos de pesas: son un conjunto de piezas normalmente metálicas, cuya masa o peso se conoce y con las que se comparan los objetos en las balanzas anteriores. Pueden ir desde un pequeño número de Kgr. Hasta gramos y sus divisiones. En balanzas de precisión es necesario usar unas pinzas para poder coger las pesas con comodidad.
La Romana: es una palanca pero de brazos desiguales. En el más corto, colgado de un gancho o sobre un platillo se coloca el objeto a pesar. Del brazo largo depende una pesa, siempre la misma, que se desliza por él. Al estar graduado dicho brazo, cuando se logra el equilibrio, se lee directamente el peso.
Por su facilidad de manejo ha sido utilizada mucho por vendedores ambulantes.
La báscula: funciona con base en un sistema de palancas. Se usa para pesar cuerpos muy voluminosos y pesados, desde sacos hasta vagones y camiones.Las balanzas automáticas: no necesitan el uso de pesas. Se basan en un sistema de contrapeso o de engranajes combinados con palancas.
Las balanzas de resorte. Los dinamómetros: se basan en la deformación que produce un peso en los cuerpos o mecanismos elásticos (muelles, gomas). Con el uso tienden a perder fiabilidad.
Las balanzas electrónicas: muy usadas actualmente en todos los ámbitos de la vida. En los comercios se les incorporan calculadoras para facilitar el valor final del producto.
10.4. DE TEMPERATURA
El calor es un tipo de energía que poseen los objetos, la cual es percibida por las sensaciones que produce en nuestro cuerpo, concretamente en la piel.
La temperatura es el grado de calor en un cuerpo, las unidades de medida correspondientes son:
- El Grado Centígrado (°C.)
- El Grado Fahrenheit. (°F.)
- El Grado Kevin (K.)
El termómetro: los termómetros son los instrumentos usados para medir la temperatura. La mayoría de ellos están formados por un tubo de vidrio cerrado en cuyo extremo inferior hay un pequeño bulbo que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol teñido.
En el mismo tubo o en el soporte donde va sujeto está señalada la escala con los grados. Al calentarse el termómetro, el líquido se dilata y “Sube” o “corre” por el tubo indicando la temperatura en grados. Al enfriarse se contrae y “ retrocede” o “baja”.
Termómetro de máxima y mínima: sirven para indicar la máxima y mínima temperatura de un lugar en cierto tiempo. En un tubo en forma de 4 se coloca mercurio en la parte inferior y en las dos ramas, estando la de la izquierda completamente llena, se coloca alcohol. Al aumentar la temperatura se dilata el alcohol y empuja al mercurio haciéndolo ascender por la rama de la derecha. A su vez el mercurio empuja una pequeña varilla de hierro, la cual permanece fija al retroceder la columna, indicando la temperatura máxima a la que se ha llegado.
Al contraerse el alcohol, la columna de mercurio va haciendo la rama izquierda, donde también arrastra otra varilla de hierro, que se queda inmóvil al retroceder la columna, pudiéndose leer la temperatura mínima. La columna de mercurio muestra la temperatura actual.
Después de leerse las máximas, las varillas de hierro se ponen en contacto con la columna de mercurio por medio de un imán.
Termómetro clínico: es una forma de termómetro de máxima. Junto al depósito de mercurio tiene un estrangulamiento. Cuando se dilata por el calor, el mercurio sube por el tubo. Al contraerse, lo hace por el del depósito, separándose del resto de la columna que queda sin retroceder, e indica la temperatura máxima del cuerpo. Después se sacude para que baje al depósito.
Dada su utilidad, están graduados entre 35º C y 42º C, además de indicar también las décimas de grado. Para ello se hacen las columnas muy finas.
Pirómetros: miden temperaturas muy altas, ejemplo: las de los hornos de cerámica. Son eléctricos o termoeléctricos.
Termómetros mecánicos: se basan en la dilatación de un sólido en forma de hilo. Según se dilate o contraiga con más o menos calor, mueve un mecanismo unido a una aguja que señala la temperatura.
10.5. DE TIEMPO.
Dada la importancia del tiempo en la vida del hombre, éste siempre se ha preocupado por su medida.
Las unidades de medida del tiempo deben poseer una característica: que siempre duren lo mismo.
Las unidades de tiempo utilizadas con mayor frecuencia en las mediciones son:
- El Segundo (sg.)
- El Minuto (min.)
- La Hora (Hr.)
Los instrumentos utilizados para medir el tiempo son los relojes y los cronómetros.
Los relojes de sol (sombra): se basan en la sombra que proyecta una varilla clavada en una superficie. Dependiendo de la función del sol con respecto a la tierra, esta sombra irá variando de posición y longitud a lo largo del día (y también del año). A lo largo de la historia se han sucedido una gran variedad de relojes que se apoyan en este fenómeno.
Con ellos se pueden medir distintas horas del día, siempre que no esté nublado.
El reloj de agua (clepsidra): lo inventó el griego Ctsibio para superar el problema de la medida del tiempo en las noches y días nublados. Se basa en la caída de un chorrito de agua que cae en un recipiente llamado clepsidra, es cual posee un pequeño agujero cerca de su fondo y otro a mayor altura. Este último sirve para mantener el nivel del agua, lo que causa el caudal que sale por el de abajo se mantenga constante. Este último cae en otro recipiente que posee un flotador al que se encuentra unido un indicador que señala el paso del tiempo en una escala fija.
El reloj de arena: consiste en un recipiente, con dos grandes orificios, normalmente de cristal transparente, unidos por un pequeño conducto. Uno de los huecos se rellena con arena y se coloca de tal manera que por su propio peso vaya pasando al otro. Dado que el conducto que les comunica es fijo, la cantidad de arena que pasa es constante, con lo que puede medirse el tiempo que tarde en hacerlo.
El reloj mecánico de resorte: son muchos de los relojes, despertadores que se han usado y se siguen utilizando. Se basa en el mismo principio que el del péndulo, pero la pesa es sustituida por un muelle o resorte espiral. Existen muchos tipos de relojes mecánicos de resorte: desde los de campanarios hasta los de pulsera, despertadores, entre otros.
Hasta hace muy poco tiempo se necesitan “darles cuerda”, es decir “enrollar” el muelle. Ahora están pensados de tal manera que el mismo movimiento del brazo o la energía de una pequeña pila se encarga de hacerlo.
El cronómetro: aunque por definición (crono = tiempo y metro = medida), cualquier reloj es un cronómetro, vulgarmente se hace referencia a éste cuando se mide el tiempo con gran precisión. Así los cronómetros se usan para medir tiempos realizados en distintos deportes, en laboratorios, entre otros. Normalmente pueden accionarse y detenerse su mecanismo a voluntad en breves períodos de tiempo y precisión, en el caso de los más comunes llega a décimas de segundo.
Relojes y cronómetros digitales: basados en las propiedades del cuarzo y en la electrónica, son muy usados actualmente. Su principal diferencia con los anteriores es que dan la hora en números, aunque existen variantes que lo hacen con agujas. Son muy precisos.
Relojes atómicos: usan frecuencias de fenómenos que suceden en el interior de los átomos. Normalmente se basan en el átomo de cesio. Son los más precisos del mundo.
10.6. DE ELECTRICIDAD
En la actualidad la electricidad está presente en todos los momentos de la vida cotidiana y en algunos fenómenos naturales, es por eso que el hombre se ha preocupado por su medida y ha desarrollado formas para hacerlo.
Algunas de las unidades de medida de la electricidad son:
- El Amperio (A)
- El Culombio (Q)
- El Ohmio (Ώ)
Los instrumentos utilizados para las magnitudes eléctricas son:
El galvanómetro: es un instrumento dedicado a detectar el paso de la corriente eléctrica por un circuito de corriente continua y conocer su sentido de flujo. Hay en ellos un elemento móvil que se desvía, debido a la acción de la corriente a medir, y una escala para evaluar esa desviación. La desviación del elemento móvil se consigue mediante la interacción entre un electroimán y un imán.
El amperímetro: sirve para medir la intensidad de la corriente. Posee una resistencia interior muy pequeña para que la caída de tensión sea la menor posible.
El voltímetro: se usa para medir la diferencia potencia o tensión eléctrica entre dos puntos. Posee en su interior una gran resistencia, con lo que la intensidad que pasa por él es pequeña.
El contador de energía: es un instrumento que permite registrar la energía consumida en un circuito durante cierto tiempo. En realidad es un pequeño motor eléctrico cuya velocidad o número de revoluciones se utiliza para medir la energía que los atraviesa. Suele tener un disco de aluminio que gira más o menos rápidamente según el consumo sea mayor o menor. Un mecanismo formado por unos engranajes permite contar el número de vueltas indicando el resultado del consumo total.
El Ohmiómetro: es otro dispositivo de medición muy importante, ya que ayuda a localizar circuitos abiertos o cortocircuitos midiendo la resistencia del componente o circuito bajo prueba.
Contiene una fuente de baja corriente (galvanómetro) continua, una fuente de baja tensión y baja potencia de cc, resistores limitadores de corriente, todos conectados en serie, y una resistencia variable para compensar el decaimiento de la fuente; esta resistencia es la que se denomina control de ajuste a cero ohms.
El polímetro: es un instrumento que puede realizar mediciones de distintas magnitudes. Posee varias escalas y en ellas se pueden leer tanto las distintas magnitudes como distintas apreciaciones de cada una. Para poder hacerlo está dotado de una rueda giratoria selectora que se debe colocar en la posición adecuada de acuerdo con lo se desee medir. También es capaz de realizar mediciones de corriente continua y alterna.
10.7. DE PRESIÓN
La presión es la relación que hay entre una fuerza y una superficie sobre la cual se realiza dicha fuerza.
Las unidades de medida de la presión dependerán de las unidades de fuerza y las unidades de superficie que se utilicen.
- El bar. (bar.)
- El Pascal (Pa.) = 1 Newton / 1 m2.
- El Kilopascal (Kp) = 1 Kilogramo / 1 cm2.
- La atmósfera. Se utiliza para medir la presión del aire. Equivale a 1.033 Kg. / 1 cm2.
Los instrumentos para medir la presión son:
Los Manómetros: se usan para medir presiones de gases contenidos en recipientes. Pueden ser de mercurio y metálicos. Los de mercurio se basan en una columna de este metal que es desplazada por la presión ejercida por el gas. En los metálicos ésta empuja o deforma un mecanismo, el cual está unido por medio de engranajes a una aguja que indica la presión en una escala. Estos últimos son los más utilizados por su comodidad: calderas, presión de neumáticos, presión sanguínea.
Los Barómetros: son instrumentos empleados para medir la presión atmosférica. Pueden ser de varios tipos:
v Barómetro de cubeta: para medir la presión se mide la altura de la columna de mercurio.
v Barómetro de Sifón: el tubo se encorva formando una rama que comunica con el aire de la atmósfera. Se hacen dos lecturas de la escala: una en el nivel superior y otra en el inferior. La presión será la diferencia entre las dos.
v Barómetro de fortín: su cubeta tiene el fondo de gamuza y su nivel puede subirse o bajarse mediante un tronillo. Así se logra que el nivel de la cubierta esté siempre en el cero marcado por una punta de marfil que ha de tocar la superficie del mercurio.
v Barómetros metálicos o anaeroides: son menos exactos que los de mercurio pero más manejables. Están formados por una caja metálica de paredes flexibles a la que se ha hecho el vacío, protegida por un resorte exterior o interior. Si la presión aumenta la fuerza que se hace sobre la caja vence al resorte y la tapa se hunde ligeramente. Si disminuye, el resorte hace que la tapa se levante. Estos movimientos se transmiten a una aguja que se desplaza sobre una caja. Se gradúan por comparación con un barómetro de mercurio.
v Barómetros registradores: si en lugar de una aguja se coloca una pluma que se apoya en una hija de papel unida a un cilindro giratorio, se convierte en un barómetro registrador que va anotando la variación de la presión en una gráfica. Para aumentar su sensibilidad se colocan varias cajas como las descritas en el barómetro anaeroides.
